金属热切割及电焊.ppt

,编制：2015年1月 编制人：尹川邦,手工电弧焊及金属热切割,主 讲 内 容,一、特殊工种及概述,二、手工电弧焊接工艺简介及技术要求,四、作业过程中的危险源辨识及控制措 施,五、事故案例分析,三、金属热切割工艺简介及技术要求,1、什么是特殊工种？,特殊工种：是指从事特种作业人员岗位类别的统称，是指容易发生人员伤亡事故，对操作本人、他人及周围设施的安全有重大危害的工种。原国家劳动部部将井下、高空、高温、特重体力劳动或其他有害身体健康的工种定为特殊工种并明确特殊工种的范围由各行业主管部门或劳动部门确定、如：焊工、电工、锅炉工、驾驶员、起重工等。,一、特殊工种,2、概述,普通焊工作业范畴： 从事气焊、气割、手工电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、等离子弧焊（切割）、碳弧焊（气刨）、电渣焊、接触焊等作业人员（不含锅炉压力容器焊工）。 作业人员基本条件： 年满周岁。具有初中以上文化程度。身体健康，双目裸眼视力均在以上且矫正视力在以上，无高血压、心脏病、癫痫病、眩晕症等防碍本作业的其它疾病及生理缺陷。 学徒期满并具有独立操作能力。,二、手工电弧焊接工艺简介及技术要求,二.2金属焊接工艺简介,原理： 焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不 用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法。 焊接的应用： 焊接是一种应用范围很广的金属加工方法，与其它热加工方法相比，它具有生产周期短、成本低，结构设计灵活，用材合理及能够以小拼大等一系列优点，从而在工业生产中得到了广泛的应用。如造船、电站、汽车、石油、桥梁、矿山机械等行业中，焊接已成为不可缺少的加工手段。在世界主要的工业国家里每年钢产量的45左右要用于生产焊接结构。,二.1金属连接方式简介,二.3手工电弧焊概念及应用,手工电弧焊简称手弧焊，是利用电弧产生热量来熔化被焊金属的一种手工操作的焊接方法，其采用手工操作进行引弧到形成焊接的过程，是焊接最基本的操作工艺。,手工电弧焊工作示意图,手工电弧焊特点： a、手工电弧焊操作简便、灵活，可全位置焊接； b、但接头过热区和热影响区宽，只适于焊接性能好的低碳钢、低合金钢的焊接； C、操作中需更换焊条，生产率低，金属浪费大，生产条件差，只用于单件、小批短焊缝的焊接,熔焊的本质及特点：,熔化焊的本质:是小熔池熔炼与铸造，是金属熔化与结晶的过程。,熔池的形成温度达到材料熔点，母材、焊丝熔化形成溶池 热影响区形成母材受到热影响，组织和性能发生变化，形成热影响区。 熔池结晶热源移走后， 熔池结晶成柱状晶,(1) 擦划引弧法 这种引弧方法与擦火柴有些相似，将焊条在焊件上划动一下，即可引燃电弧。当电弧发生后，趁金属还没有开始大量熔化的一瞬间，迅速将焊条轻轻提起和工件保持13毫米距离，使弧长维持到所需长度。,二.4手工电弧焊引弧方法 手工电弧焊是采用低电压，大电流放电产生电弧。手工电弧焊可采用两种方法来引燃电弧(引弧)。,(2) 敲击引弧法 焊条在焊件表面敲击接触后，便迅速缩回并保持一定的距离(13mm)，电弧即产生。此法方便，在用于各种位置特别是窄小位置焊接时更具适用性。,二.3 运条方法 为了确保焊缝质量，选用正确的运条方法对于初学者来说，尤其应该注意。,(1) 焊条三个基本方向的运动: 当电弧引燃后，在焊接过程中为了得到良好的焊缝，焊条必须要有三个基本方向的运动: 1、焊条朝着熔池方向逐渐下降; 2、焊条沿焊接方向前移; 3、作横向摆动。,二.4常用的运条方法及应用范围：,运条方法很多，应根据接头的型式和间隙、焊缝的空间位置、焊条直径与性能、焊接电流及焊工的技术水平等方面来选用合适的运条方法。常用的运条方法有如下几种：,（1）直线形运条法：要求焊接时保持一定的弧长，并沿焊接主向作直线前进。,（2）直线往复运条法具有焊接速度快、焊缝窄和散热快的特点，所以多用于薄板焊接和接头间隙较大的焊缝。,(3)锯齿形运条法操作容易，在实际中应用较广，多用于较厚钢板的焊接、平焊及仰焊的对接接头、立焊的对接和填角焊接头。,(4)月牙形运条法要求焊条末端焊接方向作月牙形的左右摆动。应用范围和锯齿形运条法基本相同，不过其焊出来的焊缝增高量较高，具有较长的保温时间、易使气体析出和熔渣浮到焊缝表面上来的优点。,(5)三角形运条法要求焊条末端作连续三角形运动并不断前移。适用于坡口立焊和填角立焊。它的特点是一次能焊出较厚的焊缝断面，焊缝不易产生夹渣，有利于提高生产率。,（6） 圆圈形运条法，如图所示，要求焊条末端连续作圆圈运动，并不断前进。适用于平焊、仰脸焊位置的填角焊和横焊。它主要能控制熔滴金属不下淌，有助于焊缝成形。,(7）8字形运条法要求焊条末端连续作字形运动，并不断前移。此方法的特点是使两个被焊件边缘充分加热，使之熔化均匀，保证焊透，适用于厚板有坡口的对接焊缝。,二.5焊缝的起头和收尾,(1）焊缝的起头: 焊缝的起头就是指开始焊接的部分，由于引弧后不可能迅速使这部分金属温度升高。所以起点部分的熔深较浅，焊缝余高较高。为了减少这种现象，可以采用较长的电弧对焊缝的起头处进行必要的预热，然后适当地缩短电弧的长度再转入正常焊接。,(2)焊缝的收弧: 焊缝结束时应当拉断电弧，称为收弧。如果收弧时立即拉断电弧则易产生弧坑，引起裂纹及气孔等缺陷，因此，要应用合理的收弧。常用的收弧方法有四种: 划圈收弧法，适合于厚板焊接的收尾。 反复断弧收尾法，适合于薄板和大电流焊接的收尾。 回焊收弧法，适合于碱性焊条的收尾。 转移收弧法，适合于有特殊要求的焊缝。,二.6电焊条的作用,作用： 焊芯作为电极传导电流，熔化后作为填充金属与母材形成焊缝。 药皮药皮的组成比较复杂，其组成物按作用分有稳弧剂、造气剂、造渣剂、脱氧剂，合金剂及粘结剂等。焊条的药皮在焊接过程中起着极其重要的作用，是决定焊缝金属质量优劣的重要因素之一，其作用如下： 机械保护作用：利用药皮熔化后释放出的气体和形成的的熔渣隔离空气，防止有害气体侵入融化金属；冶金处理作用：去处有害杂质（如氧、氢、硫、磷）和添加有益的合金元素，使焊缝获得合乎要求的化学成分和机械要求。改善焊接工艺性能：使电弧燃烧稳定，飞溅少，焊缝成型好，易脱渣等。,焊条常识及选用要求,焊条基本知识,型号 E EElectrode电焊条 熔敷金属的最小抗拉强度（ x10MPa） 焊接位置（“0”、“1” 全位置焊接，“2”适于平焊，“4”适于向下立焊） 电流种类、药皮类型,结构钢焊条J； 钼和铬耐热钢焊条R； 低温钢焊条W； 不锈钢焊条A； 堆焊焊条D； 铸铁焊条Z； 镍及镍合金焊条Ni ； 铜及铜合金焊条T； 铝及铝合金焊条L； 特殊用途焊条TS,酸性焊条：药皮不含CaF2，生成的气体主要为H2和CO，脱硫、脱磷能力差，焊缝氢含量高，韧性差。 碱性焊条：药皮含有大量的CaCO3和CaF2，生成气体主要为CO和CO2，脱硫、脱磷能力强，焊缝氢含量低，韧性好。但工艺性差，电弧燃烧不稳定，只能用直流电源焊接。 对油污、锈、水敏感性大（清洗、烘干） ； 排出有毒烟尘 H F 。（通风良好）,焊条选择的原则：,等强度原则：焊接低碳钢和低合金钢时。一般应使焊缝金属与母材等强度，即选用与母材同强度等级的焊条。 同成分原则：焊接耐热钢、不锈钢等金属材料时，应使焊缝金属的化学成分与母材的化学成分相同或相近，即按母材化学成分选用相应成分的焊条。 抗裂缝原则：焊接刚度大、形状复杂、要承受动载荷的焊接结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。 抗气孔原则：受焊接工艺条件的限制，如对焊件接头部位的油污、铁锈等清理不便，应选用抗气孔能力强的酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，形成气孔。 低成本原则：在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的焊条。 此外，应根据焊件的厚度、焊缝位置等条件，选用不同直径的焊条。一般焊件愈厚，选用焊条的直径就愈大。,二.7焊接的空间位置和焊接接头,焊接按不同的空间位置，可分为平焊，立焊，横焊，仰焊四种,焊接结构中的焊接接头型式：,1、对接接头。两焊件的对口平整，且保留一定的间隙的对接焊称为对接接头，如图 所示;对接接头是焊接结构中最常见的接头型式，因为焊接受力比较均匀，结构理想，检验方便。,2、搭接接头。两焊件相叠并准备在顶端边缘上施焊的接头称为搭接接头，如图所示,3、丁字接头。两焊件构成“”字型的接头称为丁字接头，如图所示。丁字接头在钢结构中被广泛应用，在焊接时要注意焊接次序以减少应力和变形。,4、角接接头。两焊件构成直角或某一角度，并准备在顶端边缘上施焊时接头称为角接接头，如图所示。,二.8减少焊接应力的工艺措施,（）结构设计要避免焊缝密集交叉，长度要尽可能短，以减少焊接局部加热，减少焊接应力。（）采取合理的焊接顺序，尽可能使焊缝自由的收缩，以减小应力。 如图（a）所示的焊接顺序正确，因而焊接应力小；而图 (b)所示的焊件因先焊焊缝，而导致对焊缝的约束增加，从而增大了残余应力。,（）采用焊接预热的方法减小焊件温差，从而减少焊接应力，同时还能减少焊接变形。 （）采用小电流、快速焊，以减小热量输入，可减小残余应力。另外，对厚大焊件采用多层多道焊也可减少焊接应力。 （）在焊接时，当焊缝还处于较高温度时，均匀迅速地锤击焊缝，使焊缝金属伸长，从而减少应力与变形。 （）焊后进行消除应力的退火。把焊件整体加热到550650，保温一定的时间，再随炉冷却，利用材料在高温下屈服强度的下降和蠕变现象松弛焊接应力。这种方法可以消除残余应力80左右。 （）利用拉伸、加压、振动等机械方法，使焊接接头残余应力区产生塑性变形，达到消除残余应力的目的。,减少焊接应力的工艺措施,焊接变形的形式主要有：尺寸收缩、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形等，如图所示。,在焊接时，凡是有助于消除焊接应力的方法都有助于消除焊接变形。此外，还可采用如下措施来消除焊接变形。,（）尽量将焊缝对称布置，让变形相互抵消。如图10-19所示为对称焊缝布置,（）采用反变形法。在焊接时，使焊件按角变形方向的反方向放置，以抵消焊接变形，如图10-20所示,（）在焊接工艺方面，采用高能量集中的热源，采用对称焊（如图10-21）、分段焊（如图10-22）、多层多道焊（如图10-23）等，都能减小焊接变形。,（）采用焊接前刚性固定的方法限制焊接变形，但这样会产生较大的焊接应力。,（）焊前预热，焊接时，通过强制冷却，减小焊缝及其附近区域受热量，从而减小焊接变形（如图10-24所示） 。,焊接变形可以采用矫正： 对于已产生的焊接变形可以采用矫正的方法进行消除。,（）机械矫正法 利用机械外力来强迫焊件的焊接变形区产生反向塑性变形来矫正焊接变形。机械矫正法会使金属产生加工硬化，造成塑性、韧性下降。,（）火焰加热矫正法 如图10-26所示，利用火焰在焊件上产生伸长变形的部位上加热，然后冷却产生收缩变形来矫正焊件原有的伸长变形。加热区一般呈三角形，防止热量集中。,焊接缺陷,焊接缺陷主要有焊接裂纹、未焊透、夹渣、气孔缺陷和焊缝外观缺陷等。这些缺陷减少了焊缝有效截面，产生应力集中，使构件承载能力和疲劳强度降低，易产生破裂甚至脆断，其中危害最大的焊接裂纹和气孔。,焊接主要缺陷,冷裂纹,热裂纹,1、裂纹,2、气孔,氢气,一氧化碳,氮气,焊道下裂纹,焊趾裂纹,焊根裂纹,（3）热裂纹的防止: 限制钢材和焊条、焊剂的低熔点杂质，如硫和磷含量。Fe和FeS易形成低熔点共晶，其熔点为988，很容易产生热裂纹。适当提高焊缝成形系数（焊缝宽度与焊缝实际深度之比称为焊缝成形系数），防止中心偏析。系数为1.31.2较合适。调整焊缝化学成分，避免低熔点共晶物形成，缩小结晶温度范围，改善焊缝组织，细化焊缝晶粒，提高塑性减少偏析。含碳量C0.1%（质量分数），热裂纹敏感性会大大降低。采用减少焊接应力的工艺措施，如采用小线能量，焊前预热，合理的焊缝布置等。,热裂纹,（1）热裂纹的特征： 热裂纹可发生在焊缝区或热影响区。热裂纹的微观特征是沿晶界开裂，所以又称晶间裂纹；,（2）热裂纹产生的原因: 晶间存在液态薄膜；接头中存在拉应力。,冷裂纹,（1）冷裂纹的形态和特征 焊缝区和热影响区都可能产生冷裂纹；冷裂纹的特征是无分支，通常为穿晶型。冷裂纹无氧化色彩；最常见的冷裂纹是延迟裂纹，即在焊后延迟一段时间才发生的裂纹。常见冷裂纹的形态有三种：,焊道下裂纹：在焊道下的热影响区内形成的焊接冷裂纹，常沿平行于熔合线的方向扩展。 焊趾裂纹：沿应力集中的焊趾处形成的焊接冷裂纹，在热影响区扩展。 焊根裂纹：沿应力集中的焊缝根部所形成的焊接冷裂纹，向焊缝或热影响区扩展。,（2）延迟裂纹的产生原因： 焊接接头(焊缝和热影响区及熔合区)的淬火倾向严重，产生淬火组织，导致接头性能脆化。 焊接接头含氢量较高，并聚集在焊接缺陷处形成大量氢分子，造成非常大的局部压力，使接头脆化。 存在较大的拉应力。因氢的扩散需要时间，所以冷裂纹在焊后需延迟一段时间才出现。由于是氢所诱发的，也叫氢致裂纹。,（3）防止延迟裂纹的措施: 选用碱性焊条或焊剂，减少焊缝金属中氢的含量，提高焊缝金属塑性。 焊前清理一定要严格，焊条焊剂要烘干，焊缝坡口及附近母材要去油水；除锈，减少氢的来源。 工件焊前预热，焊后缓冷，可降低焊后冷却速度，避免产生淬硬组织，并可减少焊接残余应力。 采取减小焊接应力的工艺措施，如对称焊，小线能量的多层多道焊等。 焊后立即进行去氢（后热）处理，加热到250，保温26h，使焊缝金属中的扩散氢逸出金属表面。焊后进行清除应力的退火处理。,焊缝气孔,1、氢气孔：高温时，氢在液体中的溶解度很大，大量的氢溶入焊缝熔池中，而焊缝熔池在热源离开后快速冷却，氢的溶解度急速下降，析出氢气，产生氢气孔。,3、氮气孔：熔池保护不好时，空气中的氮溶入熔池而产生。,2、一氧化碳气孔：当熔池氧化严重时，熔池存在较多的FeO，在熔池温度下降时，将发生如下反应： FeO+C = Fe+CO 此时，若熔池已开始结晶，则CO将来不及逸出，便产生CO气孔。熔池氧化愈严重，含碳量愈高，越易产生CO气孔。,气孔防范措施,焊条、焊剂要烘干，焊丝和焊缝坡口及其两侧的母材要清除锈、油和水。 焊接时采用短弧焊，采用碱性焊条。 CO2焊时，采用药芯焊丝。 采用低碳材料都可减少和防止气孔的产生。,三、金属热切割工艺简介及技术要求,三.1气割的原理、特点及应用,1-割缝；2-割嘴；3-氧气流；4-工件；5-氧气物；6-预热火焰,气割原理： 气割是利用气体火焰的热量，将割件待切割处附近预热到一定温度后，喷出高速氧气流使其燃烧，以实现金属气割的方法,氧气切割过程是: 预热 燃烧 吹渣 其实质是： 铁在纯氧中的燃烧过程,而不是熔化过程,注意：火焰切割是气割，而不是熔割,特点： 气割钢的速度比其他机械切割的方法的效率高。 机械切割方法难以切割的截面形状和厚度，采用氧-乙炔切割比较经济。 气割设备的投资比机械切割的投资要低，气割设备轻便，可以用于野外作业。 切割尺寸精度低。 预热火焰和排除的赤热熔渣存在发生火灾及烧坏设备和烧伤操作工的危险。,应用： 广泛用于钢板、型材下料，开焊接坡口。 铸件浇冒口的切割切割厚度可达300mm以上。 主要用于各种碳钢和低合金钢的切割。,三.2气割设备及工具,气瓶（氧气瓶、乙炔瓶） 减压器（压力表） 胶管 割炬（枪）,三.3气瓶运输、储存、充灌、使用的安全要求:,瓶内气体相互接触能引起燃烧、爆炸，产生毒气的气瓶，不得同车(厢)运输。 气瓶装在车上，应妥善固定、避免碰撞、摩擦和滚动，一般应横放在车厢里，头部朝向一方，垛高不得超过车厢高度，则不超过五层；如立放时，车厢高度应在瓶高的三分之二以上。 夏季运输应有遮阳设施，适当覆盖，避免曝晒；城市的繁华市区应避免白天运输。 不得用温度超过40的热源对气瓶加热，如乙炔瓶瓶温过高会降低丙酮对乙炔的溶解度，而使瓶内乙炔压力急剧增高，造成危险。 瓶内气体不得用尽，必须留有剩余压力并关紧阀门，防止漏气，使气压保持正压，以便充气时检查，还可以防止其他气体倒流入瓶内，发生事故。,三.4气割应具备的条件,金属在氧气中的燃点应低于熔点。 金属气割时形成的氧化物的熔点应低于金属本身的熔点。 金属在切割氧流中燃烧应是放热反应（大量的热）。 金属的导热性不能太高。 金属中阻碍气割过程和提高钢的可淬性的杂质要小。(如C、 Cr、Si要少，W、Mo也要少)。 低碳钢、低合金钢能满足上述5个条件，所以能顺利进行氧气切割； 铸铁、高铬钢、铬镍钢、铜、铝及其合金因不符合气割条件均采用等离子切割； 碳钢的气割性能与含碳量有关，钢的含碳量增加，熔点降低，熔点升高，气割性能变差。,三.5火焰种类,1、中性焰 氧与乙炔充分燃烧，没有氧与乙炔过剩，内焰具有一定还原性。最高温度30503150。主要用于焊接低碳钢、低合金钢、高铬钢、不锈钢、紫铜、锡青铜、铝及其合金等。 2、氧化焰 氧过剩火焰，有氧化性，焊钢件时焊缝易产生气孔和变脆。最高温度31003300。主要用于焊接黄铜、锰黄铜、镀锌铁皮等。 3、碳化焰 乙炔过剩，火焰中有游离状态碳及过多的氢，焊接时会增加焊缝含氢量，焊低碳钢有渗碳现象。最高温度27003000。主要用于高碳钢、高速钢、硬质合金、铝、青铜及铸铁等的焊接或焊补,三.6气割工艺参数的合理选用,主要包括气割氧的压力、切割速度、预热火焰的能率、割嘴与割件的倾斜角度、割嘴离割件的距离。,气割氧的压力： 与割件厚度、割嘴型号、氧气纯度有关。切割薄件时，宜选用小的割嘴号码和氧气压力。氧气的纯度对切割速度、气体消耗量及切口质量有很大 影响。氧气的纯度低，金属氧化缓慢，使气割时间增加， 而且气割单位长割件的氧气消耗量也增加,切割速度： 取决于割件的厚度和割嘴形状，随着厚度的增大，切割的 速度降低。切割速度不能太快或太慢，否则会产生后拖量和割不透。气割速度的正确与否，主要根据割缝的后拖量来判断。后拖量切割面上的切割氧流轨迹的始点与终点在水平方向上的距离。,三.7 气割工艺参数的合理选用,预热火焰的能率 气割时预热火焰均采用中性焰或轻微的氧化焰，碳化焰不能使用。预热火焰的能率以可燃气体每小时的消耗量来表示。预热火焰的能率与割件厚度有关。随着厚度的增大，火焰能率应越大。,割嘴倾斜角度 割嘴与割件倾斜角的大小，主要根据割件厚度而定。,割嘴距割件距离 割嘴离割件表面的距离应根据预热火焰长度和割件厚度来 确定，一般为3 5mm； 20mm时,火焰可长些，距离可适当加大； 20mm时,火焰应短些，距离可应减小。,气割质量,气割切口表面质量的标志,气割切口表面质量的标志： 气割氧压力大小要适当。 割据要平。 预热火焰能率要适当。 操作要正确。 气割速度要适当。 维护好工具。,三.8 回火现象及其原因,含义：在气焊、气割工作中有时回发生气体火焰进入喷嘴内逆向燃烧的现象，这现象称之为回火。,回烧火焰向喷孔逆行，并继续向混合室和气体管路燃烧的现象,逆火火焰向喷嘴逆行，并瞬时自行熄灭，同时伴有爆鸣声的现象。,原因：混合气体从焊 (割)炬的喷射孔内喷出的速度小于混合气体的燃烧速度！,输送气体的软管太长、太细、或者曲折太多，使气体在软管内流动时所受的阻力增大，降低了气体的流速。 气割时间过长或者焊(割)嘴离焊件太近，致使焊(割)嘴温 度升高，焊(割)炬内的气体压力增大，增大了混合气体。 的流动阻力，降低了气体的流动速度。 焊(割)嘴端面粘附了过多飞溅出来的熔化金属微粒些微粒阻塞了喷射孔，使混合气体不能畅通地流出。 输送气体的软管内壁或焊(割)炬内部的气体通道上粘附 了固体碳质微粒或其他物质。,常见缺陷的产生原因及防止方法：,（1） 切口过宽且表面粗糙 切口过宽且表面粗糙是由于气割氧气压力过大造成的。切割氧气压力过低时，切割的熔渣便吹不掉，切口的熔渣粘在一起不易去除。因此气割时，应将切割氧气压力调整适宜。 （2） 切口表面不齐或棱角熔化 切口表面不齐或棱角熔化产生的原因是预热火焰过强，或切割速度过慢；火焰能率过小时，切割过程容易中断且切口表面不整齐，所以，为保证切口规则，预热火焰能率大小要适宜。 （3）切口后拖量大 切割速度过快致使切割后拖量过大，不易切透，严重时会使熔渣向上飞，发生回火。切割时，可根据熔渣流动情况进行判断，采用较为合理的切割速度，从而消除过大的后拖。,提高切口表面质量的途径：,（1） 切割氧气压力大小要适当 切割氧坟力过大时，使切口过宽，切口表面粗糙，同时浪费氧气；过小时，气割的氧化铁渣吹不掉，切口的熔渣容易粘在一起不易清除。 （2） 预热火焰能率要适当 预热火焰能率过大时，钢板切口表面的棱角被熔化，尤其是在气割薄件时会产生前面割 开，后面粘在一起的现象；火焰能率过小时，气割过程容易中断，而且切口表面不整齐。 （3）气割速度要适当 气割速度太快时，产生较大的后拖量，不易切透，甚至造成铁渣往上飞，容易发生回火现象；气割